《工程力学》教学大纲

《工程力学》教学大纲适用范围：202X版人才培养方案课程代码：01130341课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（其中：理论56学时，实验8学时）先修课程：大学物理、高等数学、机械制图等后续课程：机械原理、机械设计等适用专业：机械电子工程开课单位：机械工程学院一、课程说明《工程力学》是机械电子专业的一门学科基础必修课。本课程主要传授工程力学的基本理论和分析方法，其任务主要是研究刚体的平衡条件及变形固体强度、刚度、稳定性的基本理论和分析方法。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力。通过本课程的学习，使学生学会应用工程力学的基本理论和分析方法，解决一些简单的工程实际问题，提高学生工程问题的逻辑思维和分析、计算能力，同时为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：能够综合使用静力学方法、材料力学理论从工程问题中提炼出力学模型并数字化，进而求解结构的静力平衡问题；能够计算和分析杆件的应力、应变或变形，评估其强度和刚度；能够根据静力学分析结果，优化结构几何设计；能够根据强度和刚度要求，选择合适的材料，设计合理的构件截面。养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。课程目标2：能够表述、解释和判别静力学与材料力学的基本概念；能够描述出轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等基本变形和组合变形的受力特征，并应用于工程问题的表述中；熟练使用静力学知识分析结构的受力并画出受力图，并基于工程力学的基本假设和分析方法，判别简单工程设计方案的合理性。养成积极进取、敢于挑战、崇尚科学、探究科学的学习态度和思想意识。课程目标3：能够阐述材料力学性能基础实验原理和实验方法。能够针对具体的材料力学性能实验，选择合理的研究方法和技术路线，设计实验方案，构件实验系统，能正确采集分析实验数据，并通过查找资料撰写实验报告。三、课程目标与毕业要求《工程力学》课程教学目标对机械电子工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求指标点关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和机械电子类等专业知识用于分析解决机电工程领域的复杂工程问题。1.2能够将数理和工程科学技术基础知识用于对机械电子相关复杂工程问题建立数学模型并进行求解；课程目标1：能够综合使用静力学方法、材料力学理论从工程问题中提炼出力学模型并数字化，进而求解结构的静力平衡问题；能够计算和分析杆件的应力、应变或变形，评估其强度和刚度；能够根据静力学分析结果，优化结构几何设计；能够根据强度和刚度要求，选择合适的材料，设计合理的构件截面。养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事求是的科学态度和职业道德。H2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理和标准规范，识别与表达机械相关的复杂工程问题；课程目标2：能够表述、解释和判别静力学与材料力学的基本概念；能够描述出轴向拉压、剪切、扭转、弯曲等基本变形和组合变形的受力特征，并应用于工程问题的表述中；熟练使用静力学知识分析结构的受力并画出受力图，并基于工程力学的基本假设和分析方法，判别简单工程设计方案的合理性。养成积极进取、敢于挑战、崇尚科学、探究科学的学习态度和思想意识。M4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对机电工程领域相关复杂工程问题进行研究，包括问题的提出与判断，研究方案的设计与实施，实验数据和相关信息的分析与关联，通过研究得到合理有效的结论。4.1能够对机电工程相关的各类物理现象、材料特性进行研究和实验验证；课程目标3：能够阐述材料力学性能基础实验原理和实验方法。能够针对具体的材料力学性能实验，选择合理的研究方法和技术路线，设计实验方案，构件实验系统，能正确采集分析实验数据，并通过查找资料撰写实验报告。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分见表2表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.静力学公理和物体的受力分析1.1力的概念1.2静力学公理1.3约束和约束反力1.4物体的受力分析和受力图教学要求：理解静力学平衡、刚体和力的基本概念；掌握静力学公理；掌握各类常见约束的性质；掌握物体和物体系统受力分析并画出受力图。重点：工程中常见约束的性质，物体的受力分析和受力图。难点：工程中常见约束的性质。61、22.平面力系的合成与平衡2.1平面汇交力系的合成与平衡2.2力对点之矩2.3平面力偶系的合成2.4力的平移定理2.5平面任意力系向作用面内任一点的简化2.6平面任意力系简化结果分析2.7平面任意力系的平衡方程及其应用2.8物体系统的平衡问题教学要求：掌握力的投影的计算；掌握力矩、力偶的概念和性质；理解力的平移定理及其应用；熟悉平面任意力系的简化过程和简化结果分析；掌握平面任意力系的平衡方程及应用；熟练求解简单物体系统的平衡问题。重点：力的投影、力对点之矩的计算、平面任意力系的平衡方程。难点：物体系统的平衡问题。81、23.空间力系与重心3.1力在空间直角坐标轴上的投影3.2空间汇交力系的合成与平衡3.3力对轴之矩3.4空间任意力系的平衡方程及其应用3.5重心教学要求：掌握空间力在直角坐标系中投影的计算；了解空间力对点之矩的计算；掌握空间力对轴之矩的计算方法；了解空间力偶的概念和性质；了解空间任意力系的简化和简化结果分析；了解空间任意力系的平衡方程及应用；掌握计算轴系零部件空间力系平衡问题的方法；了解物体重心概念及简单形体重心的求解方法。重点：空间力的投影、空间力对轴之矩的计算、轴系零部件空间力系的平衡问题。难点：物体系统的空间力系平衡问题。41、24.考虑摩擦的平面力系问题4.1滑动摩擦的概念4.2考虑摩擦时物体的平衡问题4.3摩擦角和自锁4.4滚动摩阻的概念教学要求：掌握滑动摩擦的概念；掌握滑动摩擦力的特征；了解摩擦角和自锁的概念；了解考虑滑动摩擦时简单物体系统平衡问题的求解方法；了解滚动摩擦的概念。重点：摩擦角和自锁的概念、考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题。难点：摩擦角和自锁的概念。21、2材料力学绪论5．拉伸和压缩5.1轴向拉压的概念和工程实例5.2轴向拉压时横截面上的内力、截面法和轴力图5.3拉伸或压缩时横截面上的应力5.4材料拉压时的变形和胡克定律5.5材料轴向拉压下的力学性能5.6拉杆和压杆的强度计算5.7拉压杆的超静定问题5.8应力集中的概念5.9剪切和挤压的基本概念5.10剪切和挤压的实用计算教学要求：要求学生掌握强度、刚度和稳定性的概念；了解材料力学的任务；掌握变形体的基本假设。要求学生掌握轴向拉压时外力作用的特点和横截面上内力、应力及变形的计算；掌握拉压杆的强度计算；掌握材料在拉伸或压缩时的力学性能。要求学生掌握剪切和挤压时外力作用的特点及应力的计算；熟练掌握剪切面和挤压面的确定方法。重点：轴力图的绘制、拉压杆强度计算，剪切面和挤压面的确定。难点：内力、应力及强度计算。剪切面和挤压面的确定。841、2、36．扭转6.1圆轴扭转的概念和工程实例6.2扭矩和扭矩图6.3圆轴扭转时的应力和变形6.4圆轴扭转时的强度和刚度计算教学要求：要求学生掌握圆轴扭转时外力作用的特点和横截面上内力、应力的计算；熟练掌握扭矩图的绘制；熟练掌握圆轴扭转的强度计算。重点：扭矩图的绘制，扭转强度计算。难点：扭矩图的绘制，扭转强度和刚度条件的应用。421、2、37．平面弯曲7.1平面弯曲的概念和工程实例7.2梁的计算力学模型7.3梁的内力---剪力和弯矩7.4剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图7.5载荷集度、剪力和弯矩间的关系7.6纯弯曲梁横截面上的正应力7.7梁的正应力强度计算7.8梁的切应力强度计算7.9梁的变形分析7.10提高弯曲强度的措施教学要求：要求学生掌握弯曲内力的计算方法；能正确写出剪力方程和弯矩方程；熟练掌握画剪力图和弯矩图的方法。理解纯弯曲的概念；掌握梁的正应力计算、正应力的强度条件；了解切应力计算、切应力强度条件；了解提高弯曲强度的措施。掌握梁的挠度与转角概念；了解梁的挠曲线近似微分方程，用叠加法求梁的变形；了解弯曲变形的刚度计算；了解简单超静定梁的求解方法。重点：剪力弯矩图的绘制。弯曲正应力的强度条件。弯曲正应力的强度条件的应用。梁的变形计算。难点：剪力弯矩的计算、剪力弯矩图的绘制。梁的变形计算。1021、2、38．应力状态及强度理论8.1应力状态的概念8.2平面应力状态8.3空间应力状态及最大切应力、广义胡克定律8.4强度理论教学要求：掌握一点处应力状态的概念；掌握平面应力状态下应力分析的解析法；了解强度理论的概念，了解四个强度理论的应用。重点：二向应力状态应力分析的解析法。难点：用解析法求主应力大小及方位。41、29．组合变形9.1拉伸（压缩）与弯曲的组合变形9.2扭转与弯曲的合变形9.3组合变形的工程应用教学要求：了解组合变形的概念；了解拉伸（压缩）和弯曲、弯扭等组合变形工程问题的解决思路和方法。重点：弯扭组合变形的强度计算方法。难点：弯扭组合变形的强度计算方法。41、2第十章压杆稳定10.1压杆稳定的概念10.2细长压杆的临界压力10.3欧拉公式的适用范围及中小柔度杆的临界压力10.4压杆的稳定性校核10.5提高压杆稳定性的措施教学要求：了解稳定性的概念；了解计算压杆临界力和临界应力的方法；了解压杆稳定性校核的方法。重点：压杆临界压力的计算。难点：压杆稳定性校核。41、2合计5682.实验/实践或上机部分见表3表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.拉伸实验实验内容：测定铸铁材料的抗拉强度和低碳钢材料的屈服极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。实验要求：测定铸铁和低碳钢的拉伸强度极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。232.压缩实验实验内容：测定铸铁、低碳钢材料的压缩强度指标，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。实验要求：测定铸铁和低碳钢的压缩强度极限，观察比较材料的破坏现象，分析破坏原因。233.扭转实验实验内容：测定低碳钢、铸铁材料扭转的强度指标，观察破坏现象。实验要求：测定低碳钢、铸铁材料扭转的强度指标，观察破坏现象。234.纯弯曲实验实验内容：测定梁在纯弯曲时横截面上正应力的大小和分布规律。实验要求：测定梁纯弯曲时横截面上正应力规律，验证公式与实践的符合性，测定材料的泊松比，掌握电测基本原理。21、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解《工程力学》的基本知识、基本技能和基本方法，培养学生的观察能力、分析计算能力、对工程问题的辩证思维能力以及严肃认真、实事求是的科学态度。在掌握工程力学基本知识的基础上，学生应该具备对机械领域的复杂工程中的力学问题进行科学的选择分析和计算方法的逻辑思维能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学，指导学生用科学的手段来验证理论力学课程的内容，介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等，从而掌握理论力学的基本概念及工程中力学相关的基本知识。实验课前要求预习，课后及时完成实验报告，以加深对力学理论知识的理解，了解理论力学解决问题的基本思想，培养严谨的工作作风及对工程结构的力学计算能力，培养一定的理论分析能力和初步的机床设备操作能力，激发学生的创新思维能力。六、课程资源库1.教材：张春梅段翠芳.《工程力学》.机械工业出版社.20222.参考书：（1）张秉荣.《工程力学》（第4版）.机械工业出版社.2018.（2）纪炳炎.《工程力学》.高等教育出版社.2016.（3）东北大学、北京科技大学.《工程力学学习指导及习题全解》（第5版）.高等教育出版社.2020.（4）唐静静范钦珊.《工程力学习题全解》（第3版）.高等教育出版社.2020.（5）张泰华.微/纳米力学测试技术及其应用.机械工业出版社.2005.（6）唐静静范钦珊.《工程力学》（第3版）.高等教育出版社.2020.（7）东北大学、北京科技大学.《工程力学》（第5版）.高等教育出版社.2020.3.期刊：（1）中国力学学会.中国科协.固体力学学报.ISSN:0254-7805.（2）中国科学院.力学与实践.ISSN1000-0879.（3）西安交通大学.应用力学学报.ISSN1000-4939.（4）美国.Journalofappliedmechanics（应用力学）.529B0002.（5）中国力学学会.工程力学.ISSN1000-4750.4.网络资源：(1)大连理工大学《工程力学》.国家精品课https///course/DLUT-1002146001.(2)华中科技大学《工程力学》国家精品课./course/HUST-1001515002.(3)北京工业大学《工程力学》国家精品课./VDtI.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程化考核课堂表现10%（1）根据课堂线上自学情况、课上回答问题、参与讨论等进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√55实验20%（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分。（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√20作业30%（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√1515综合测试40%（1）测试成绩100分，以测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核掌握杆件内力、应力、变形分布规律的基本原理和方法;掌握分析构件的强度、刚度和稳定性等问题的理论与计算,以及对对常用材料的基本力学性能及其测定方法有初步认识。（3）测试题型为：判断题、选择题、作图题、计算分析题。√√2020合计：100分404020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业和综合测试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由全过程性考核成绩组成。其中：课堂表现、实验、作业共100分（权重60%）；综合